Zastosowanie Śmigłowiec ten użytkowany był zarówno w armiach, jak również w gospodarce cywilnej w następujących krajach: Afganistan, Algieria, Bułgaria, Kuba, Czechosłowacja (później w Czechach i Słowacji), Egipt, Niemiecka Republika Demokratyczna, Irak, Mali, Mongolia, Korea Północna, Jemen Południowy i Północny, Polska, Rumunia, Somalia, Sudan, Syria, a także wersja licencyjna w Albanii i Chinach.
Użyty został w wielu konfliktach zbrojnych m.in.: Węgry (1956), Indie i Pakistan (1961–1962, 1965 i 1970), Irak (1960–1975), Etiopia (1971–1980), Wietnam (1964–1975), Afganistan (1978–1989).
Mi-4 w Polsce Helikopter był używany od 1958 roku. Został po raz pierwszy zaprezentowany publicznie w tym samym roku nad Stadionem Dziesięciolecia na zakończenie Dni Lotnictwa. W pierwszej połowie lat sześćdziesiątych w służbie w lotnictwie polskim znalazło się 21 śmigłowców tego typu.